CN112601184B - 便携式野外移动应急通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式野外移动应急通信系统，主要解决现有应急通信设备不便于携带、无法移动式定位的问题。其包括全双工多方协同语音通信模块、基于LoRa的GPS定位模块、路径显示模块、语音/路径显示自动切换模块和生命体征监测模块。通过生命体征监测模块实现用户的生命体征监测；通过基于LoRa的GPS定位模块实现实时定位和位置信息的共享；通过语音/路径显示自动切换模块实现在设定距离内的语音和路径显示的切换，即切换至全双工多方协同语音通信模块时，及时有效的沟通现场情况，切换至路径显示模块时，显示出运动轨迹。本发明具有能实现语音与路径显示的切换、生命体征监测和实时定位的优点，可用于野外应急救援工作。

Description

便携式野外移动应急通信系统

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种便携式通信系统，可用于野外应急救援工作。

背景技术

应急通信研究主要分为公共应急通信研究和个人便携式应急通信设备研究两方面。在公共应急通信研究中，国际上有SOS求救信号，在中国则有110应急电话。有关个人便携式应急通信设备的研究工作，主要是基于现有卫星、蜂窝网络等公共通信网络进行的。

目前，国内可用的便携移动应急通信设备集成度不高，使用时接线架设工作繁杂；另一些应急通信设备体积重量太大，不方便携带，不便于解决局部范围内有组织的协同作业，提高救援效率；还有一些应急通信设备通信接口单一，不够灵活机动，无法应对现场的复杂情况。现有的mini型应急通信终端具有语音对讲和定位功能，但其体积重量大，不方便携带。

另外，随着我国北斗卫星导航系统的全面布局，北斗盒子顺势产生。它是祺智通信旗下的一款北斗民用通信终端，在中国任何范围内都可以进行北斗短报文收发。北斗盒子最大的优势是在没有手机信号的地方依然可以通信。在遇到危险时，发出求救信息，报告自己的准确所在位置，最大限度的保护求救用户的生命安全，但是用户之间却不能知道彼此的位置信息，无法实现迅速有效的救助。最大的缺点就是服务费用较高。

大唐聆讯开发了智慧城市项目，智慧城市是以IP交换为基础、基于SIP协议构建的接入与交换式综合通信系统。该系统支持语音通信和视频指挥调度，可以满足应急救援中的调度指挥。但是其设备体积大，需要中继模块的支持，不能对救援人员进行定位和生命体征监测，无法保证救援人员的生命安全。

重庆邮电大学在其申请的专利文献“基于多旋翼无人机的三维视频应急通信系统”(申请号2015109762414，申请公开号CN105592305A，公开日为2016.05.18)中，公开了一种基于多旋翼无人机的三维视频应急通信系统，包括无人机系统模块、公安无线数据链路专网模块，以及后台指挥系统模块，该系统虽说解决了应急救援中的指挥与调度，但是依然不具备实时定位和生命体征监测功能，不能对救援人员进行及时的跟踪，当救援现场发生二次灾害时，不能保证救援人员的生命安全。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种便携式野外移动应急通信系统，以减小现有应急通信设备体积，便于携带，并采用基于LoRa的GPS定位实现对救援人员的移动式跟踪定位，通过生命体征监测保障救援人员的生命安全，避免救援人员的二次伤害。

为实现上述目的，本发明的便携式野外移动应急通信系统，包括：GPS传感器、WiFi芯片、显示屏，全双工多方协同语音通信模块，其特征在于，还包括生命体征传感器、基于LoRa的GPS定位模块、路径显示模块、语音/路径显示自动切换模块、生命体征监测模块和主处理器，该主处理器分别与全双工多方协同语音通信模块、基于LoRa的GPS定位模块、语音/路径显示自动切换模块和生命体征监测模块双向传输，该路径显示模块与基于LoRa的GPS定位模块双向传输；

所述基于LoRa的GPS定位模块，用于使用GPS传感器采集位置信息，并通过LoRa技术对该位置信息进行传输，实现用户间全程的定位和位置信息共享；

所述语音/路径显示自动切换模块，用于实现语音通信或路径显示的切换，当系统中用户间的实际距离小于设定距离时，切换至全双工多方协同语音通信模块，使用WiFi芯片传输语音数据，实现用户在设定距离内的协同语音通信；当系统中用户间实际距离大于等于设定距离时，切换至路径显示模块，使用显示屏实现用户在设定距离外的路径显示；

所述生命体征监测模块，使用生命体征传感器监测用户的生命体征，并通过LoRa技术对该生命体征数据进行传输，实现用户间生命体征数据的共享。

进一步，所述基于LoRa的GPS定位模块包括：

GPS定位子模块，用于采集GPS位置信息，包括经度、纬度及高度信息；

LoRa传输子模块，用于将采集到的GPS位置信息传输至其他用户的GPS接收模块，实现用户间位置信息的共享；

GPS接收子模块，用于接收其他用户的GPS位置信息；

坐标显示子模块，用于将本用户和其他用户的GPS位置信息进行坐标显示及页面更新。

进一步，所述语音/路径显示自动切换模块包括：

数据处理子模块，用于对基于LoRa的GPS定位模块中采集到本用户和其他用户的位置信息进行处理，计算本用户和其他用户之间的实际距离；

切换子模块，用于根据环境及需要在本模块中自定义设定距离，并判断用户间实际距离与设定距离的关系，即当系统中用户间的实际距离小于设定距离时，调用全双工多方协同语音通信模块，当系统中用户间实际距离大于等于设定距离时，调用路径显示模块。

进一步，所述生命体征监测模块包括：

传感器子模块，用于采集用户的生命体征数据；

LoRa传输子模块，用于将采集到的生命体征数据传输至其他用户的数据接收模块，实现生命体征数据的共享；

数据接收子模块，用于接收其他用户的生命体征数据；

数据对比子模块，设定人体生命体征正常范围，并将接收到的生命体征数据与人体正常范围进行对比，对超出正常范围的数据，则触发警报。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明由于增设了生命体征监测功能，监测用户的生命体征，从而保障救援人员的生命安全；

2.本发明由于增设了基于LoRa的GPS定位功能，可实现实时定位和位置信息的共享；

3.本发明由于增设了语音/路径显示自动切换模块，可实现语音通信与路径显示的切换，及时沟通现场的复杂情况，显示运行轨迹。

4.本发明由于采用了嵌入式通信设备，集成度高，可实现低功耗、易携带和价格低廉的优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构框图；

图2是本发明中嵌入式开发板上的功能模块关系图；

图3是本发明中的全双工多方协同语音通信模块结构图；

图4是本发明中基于LoRa的GPS定位模块的结构图；

图5是本发明中的路径显示模块结构图；

图6是本发明中的语音/路径显示自动切换模块结构图；

图7是本发明中的生命体征监测模块结构图。

具体的实施方案

下面将结合附图，对本发明的实施例进行详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1，本发明的便携式野外移动应急通信系统，整体结构包括：嵌入式开发板、生命体征传感器、GPS传感器、WiFi芯片和显示屏，其中嵌入式开发板分别与生命体征传感器、GPS传感器、WiFi芯片和显示屏双向连接。

参照图2，所述嵌入式开发板上设有全双工多方协同语音通信模块1、基于LoRa的GPS定位模块2、路径显示模块3、语音/路径显示自动切换模块4、生命体征监测模块5和主处理器6，其中，主处理器6分别与全双工多方协同语音通信模块1、基于LoRa的GPS定位模块2、语音/路径显示自动切换模块4和生命体征监测模块5双向传输，路径显示模块3与基于LoRa的GPS定位模块2双向传输。全双工多方协同语音通信模块1使用WiFi芯片传输语音数据实现语音通信，基于LoRa的GPS定位模块2使用GPS传感器采集位置信息实现实时定位和信息共享，路径显示模块3使用显示屏显示路径，生命体征监测模块5使用生命体征传感器采集生命体征数据实现生命体征的监测。语音/路径显示自动切换模块4，用于实现语音通信或路径显示的切换，当系统中用户间的实际距离小于设定距离时，切换至全双工多方协同语音通信模块1，实现用户在设定距离内的协同语音通信；当系统中用户间实际距离大于等于设定距离时，切换至路径显示模块3，实现用户在设定距离外的路径显示。

参照图3，所述全双工多方协同语音通信模块1，用于实现语音通信。其包括：发送端音频采集子模块11、发送端音频编码子模块12、发送端无线传输子模块13、接收端音频获取子模块14、接收端音频解码子模块15和接收端混频播放子模块16。其中：

所述发送端音频采集子模块11，用于采集本用户的音频数据，并将采集到的音频数据传输至发送端音频编码子模块12；发送端音频编码子模块12对采集到的音频数据进行编码，再将编码后的音频数据传输至发送端无线传输子模块13；发送端无线传输子模块13使用WiFi技术将编码后的音频数据发送至其他用户的接收端。

这三个子模块11、12、13完成对发送端的音频采集、编码及传输。

所述接收端音频获取子模块14，用于获取其他用户的音频数据，并将接收到的其他用户音频数据传输至接收端音频解码子模块15；接收端音频解码子模块15对接收到的音频数据进行解码，再将解码后的音频数据传输至接收端混频播放子模块16；接收端混频播放子模块16对解码后的音频数据混频处理后进行播放。

这三个子模块14、15、16完成对接收端的音频获取、解码及混频播放。

参照图4，所述基于LoRa的GPS定位模块2，用于实现实时定位和位置信息的共享，其包括：GPS定位子模块21、LoRa传输子模块22、GPS接收子模块23和坐标显示子模块24。其中：

所述GPS定位子模块21采集GPS位置信息，包括经度、纬度及高度信息，并将采集到的GPS位置信息传输至LoRa传输子模块22；LoRa传输子模块22将采集到的GPS位置信息发送至其他用户的GPS接收模块，实现用户间位置信息的共享。

这两个子模块21、22完成发送端对GPS位置信息的采集和传输。

所述GPS接收子模块23，用于接收其他用户的GPS位置信息，并将本用户和其他用户的GPS位置信息传输至坐标显示子模块24；坐标显示子模块24将接收到的GPS位置信息进行坐标显示及页面更新。

这两个子模块23、24完成接收端对GPS位置信息的获取和坐标显示。

参照图5，所述基于路径显示模块3，用于实现路径显示。其通过Qt图形显示界面，将本用户和其他用户的位置坐标转化为运行轨迹后显示。

参照图6，所述语音/路径显示自动切换模块4，用于实现语音通信与路径显示的切换，其包括：数据处理子模块41和切换子模块42。其中：

所述数据处理子模块41，用于对基于LoRa的GPS定位模块2中采集到本用户和其他用户的位置信息进行坐标转换，并计算本用户和其他用户之间的实际距离，将计算后的实际距离传输至切换子模块42；切换子模块42根据环境及需要在本模块中自定义设定距离，并判断用户间实际距离与设定距离的关系，即当系统中用户间的实际距离小于设定距离时，调用全双工多方协同语音通信模块1，当系统中用户间实际距离大于等于设定距离时，调用路径显示模块3。

参照图7，所述生命体征监测模块5，用于实现用户生命体征的监测，其包括：传感器子模块51、LoRa传输子模块52、数据接收子模块53和数据对比子模块54。其中：

所述传感器子模块51，用于采集用户的生命体征数据，并将采集到的生命体征数据传输至LoRa传输子模块52；LoRa传输子模块52将采集到的生命体征数据发送至其他用户的数据接收模块，实现用户间生命体征数据的共享。

这两个子模块51、52完成发送端对生命体征数据的采集和传输。

所述数据接收子模块53，用于接收其他用户的生命体征数据，并将本用户和其他用户的生命体征数据传输至数据对比子模块54；数据对比子模块54将接收到的生命体征数据与人体正常范围进行对比，对超出正常范围的数据，则触发警报。

这两个子模块53、54完成接收端对生命体征数据的获取和对比。

上述便携式野外移动应急通信系统的工作原理如下：

在嵌入式开发板上通过gpio接口连接生命体征传感器采集生命体征数据，使用生命体征监测模块5实现生命体征监测功能，并通过usb接口连接GPS传感器采集GPS位置信息，使用基于LoRa的GPS定位模块2实现实时定位和位置信息的共享功能。同时，使用语音/路径显示自动切换模块4，进行全双工多方协同语音通信模块1与路径显示模块3的切换，实现在设定范围内基于WiFi传输的语音通信，及设定距离外的基于显示屏的路径显示。

上述仅为本发明的一些具体方案，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种便携式野外移动应急通信系统，包括：GPS传感器、WiFi芯片、显示屏，全双工多方协同语音通信模块(1)，其特征在于，还包括生命体征传感器、基于LoRa的GPS定位模块(2)、路径显示模块(3)、语音/路径显示自动切换模块(4)、生命体征监测模块(5)和主处理器(6)，该主处理器(6)分别与全双工多方协同语音通信模块(1)、基于LoRa的GPS定位模块(2)、语音/路径显示自动切换模块(4)和生命体征监测模块(5)双向传输，该路径显示模块(3)与基于LoRa的GPS定位模块(2)双向传输；

所述基于LoRa的GPS定位模块(2)，用于使用GPS传感器采集位置信息，并通过LoRa技术对该位置信息进行传输，实现用户间全程的定位和位置信息共享；

所述语音/路径显示自动切换模块(4)，用于实现语音通信或路径显示的切换，当系统中用户间的实际距离小于设定距离时，切换至全双工多方协同语音通信模块(1)，使用WiFi芯片传输语音数据，实现用户在设定距离内的协同语音通信；当系统中用户间实际距离大于等于设定距离时，切换至路径显示模块(3)，使用显示屏实现用户在设定距离外的路径显示；

所述生命体征监测模块(5)，使用生命体征传感器监测用户的生命体征，并通过LoRa技术对该生命体征数据进行传输，实现用户间生命体征数据的共享。

2.根据权利要求1所述的系统，其中全双工多方协同语音通信模块(1)包括：

发送端音频采集子模块(11)，用于采集本用户的音频数据；

发送端音频编码子模块(12)，用于将采集到的音频数据进行编码；

发送端无线传输子模块(13)，用于将编码后的音频数据传输至其他用户的接收端；

接收端音频获取子模块(14)，用于获取其他用户的音频数据；

接收端音频解码子模块(15)，用于将接收到的其他用户音频数据进行解码；

接收端混频播放子模块(16)，用于将解码后的音频数据混频处理后进行播放。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，基于LoRa的GPS定位模块(2)包括：

GPS定位子模块(21)，用于采集GPS位置信息，包括经度、纬度及高度信息；

LoRa传输子模块(22)，用于将采集到的GPS位置信息传输至其他用户的GPS接收模块，实现用户间位置信息的共享；

GPS接收子模块(23)，用于接收其他用户的GPS位置信息；

坐标显示子模块(24)，用于将本用户和其他用户的GPS位置信息进行坐标显示及页面更新。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，路径显示模块(3)，其通过Qt图形显示界面，将本用户和其他用户的位置信息，通过坐标转化为运行轨迹后显示。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，语音/路径显示自动切换模块(4)包括：

数据处理子模块(41)，用于对基于LoRa的GPS定位模块(2)中采集到本用户和其他用户的位置信息进行处理，计算本用户和其他用户之间的实际距离；

切换子模块(42)，用于根据环境及需要在本模块中自定义设定距离，并判断用户间实际距离与设定距离的关系，即当系统中用户间的实际距离小于设定距离时，调用全双工多方协同语音通信模块(1)，当系统中用户间实际距离大于等于设定距离时，调用路径显示模块(3)。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，生命体征监测模块(5)包括：

传感器子模块(51)，用于采集用户的生命体征数据；

LoRa传输子模块(52)，用于将采集到的生命体征数据传输至其他用户的数据接收模块，实现生命体征数据的共享；

数据接收子模块(53)，用于接收其他用户的生命体征数据；

数据对比子模块(54)，设定人体生命体征正常范围，并将接收到的生命体征数据与人体正常范围进行对比，对超出正常范围的数据，则触发警报。

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